Lors de la synthèse de nouveaux composés, il est avantageux d'avoir des réactifs largement disponibles et une méthode simple qui produit un rendement élevé de produits avec peu de déchets (sous-produits indésirables). À cet égard, l'alkylation des alcools par une méthode connue sous le nom de « emprunt d'hydrogène » (BH) peut transformer les alcools en une gamme diversifiée de produits, avec de l'eau comme seul sous-produit.

La réaction est centrée autour d'un catalyseur et commence par un catalyseur éliminant les atomes d'hydrogène de l'alcool pour l'oxyder en un composé carbonylé. Cet intermédiaire hautement réactif subit ensuite une réaction de condensation avec différents composés organiques pour produire de l'eau et reçoit l'hydrogène du catalyseur pour former le produit final.

Ainsi, en « empruntant » des atomes d'hydrogène, les groupements alkyles de l'alcool peuvent facilement être transférés vers une nouvelle molécule organique contenant différents substituants. Des efforts ont été faits pour que cette réaction fonctionne avec des catalyseurs au manganèse (Mn) peu coûteux et biocompatibles. Cependant, les catalyseurs au Mn actuellement disponibles nécessitent l'ajout de bases fortes, qui génèrent plus de déchets et compliquent le processus de régénération du catalyseur.

Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans ACS catalysis , des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) ont synthétisé un catalyseur Mn réutilisable qui peut effectuer efficacement des réactions d'alkylation d'alcools sans avoir besoin d'une base. L'équipe de recherche, dirigée par le professeur adjoint Yusuke Kita, avait déjà expérimenté des catalyseurs de ruthénium en métal précieux pour effectuer l'alkylation d'alcools via la méthode BH.

Ils ont découvert que l'ajout d'oxyde de magnésium (MgO) au catalyseur améliorait sa capacité d'hydrogénation. Se demandant si MgO aurait le même effet sur les catalyseurs à base de Mn, ils ont co-déposé de l'oxyde de Mn (MnO_x ) et des nanoparticules de MgO sur un oxyde d'aluminium (Al₂ O₃ ) prise en charge.

Pour leur plus grand plaisir, le nouveau catalyseur a facilité avec succès la réaction d'alkylation d'une grande variété de cétones avec des alcools, atteignant des rendements aussi élevés que 50 à 92 %. De plus, contrairement aux catalyseurs Mn conventionnels, il était capable d'alkyler des substrats contenant des cétones, tels que des groupes cyano, qui réagiraient autrement avec l'eau en présence d'une base.

Plus important encore, comme la réaction n'a produit aucun sous-produit autre que de l'eau, le catalyseur a pu être facilement régénéré avec une simple méthode de filtration. "Le catalyseur actuel n'a pas nécessité l'ajout de bases fortes homogènes qui sont généralement indispensables pour ces réactions et nécessitent une grande consommation d'énergie pour la séparation, le recyclage et le traitement des déchets", explique le Dr Kita.

L'équipe a attribué l'activité catalytique élevée observée au contact étroit entre le MnO_x et les nanoparticules de MgO. En utilisant la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, une méthode qui permet d'identifier les composés chimiques en mesurant la quantité de lumière qu'ils absorbent, les chercheurs ont identifié, pour la première fois, une espèce d'hydrure de Mn (Mn-H) à la surface du catalyseur, suggérant que MgO facilite le transfert efficace de l'hydrogène.

"La catalyse est due aux particules de MgO qui coexistent avec le MnO_x espèces dans l'Al₂ O₃ support et le don d'électrons de MgO à MnO_x améliore la réactivité des espèces de Mn−H », explique le Dr Kita.

En tant que catalyseur économique et facilement réutilisable, Mn-MgO/Al₂ O₃ pourrait donc accélérer l'adoption de réactions d'alkylation via BH et aider à produire divers composés organiques de manière respectueuse de l'environnement. + Explorer plus loin

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